地球动力学数值模拟算法的应用现状与展望

魏虹羽; 李世超; 王伟安

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20240106

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (01) : 98 -124. DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240106

地球动力学数值模拟算法的应用现状与展望

魏虹羽, 李世超, 王伟安

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摘要

当前，数值模拟技术已成为探究地球动力学过程的重要手段。本文综述了数值模拟在地球动力学研究中的应用现状、主要算法和代码并探讨了发展前景。数值模拟通过对连续方程组进行离散化，并利用数值算法求解，从而高效模拟地质过程，预测地球系统的动态变化。本文系统阐述了有限元法、有限差分法、边界元法和有限体积法等主流数值方法的原理、特点和适用条件；并重点探讨了有限元法在构造应力场和断层动力学模拟中的应用、有限差分法在地震波传播模拟中的应用、边界元法和有限体积法在断层力学和孔隙流体流动模拟中的应用。通过对比分析不同方法的优缺点，揭示了多种数值方法耦合是未来地球动力学数值模拟的重要发展方向；随着高性能计算技术的进步和大数据时代的到来，数值模拟技术将在地球系统科学研究中发挥越来越重要的作用。